اقرأ في هذا المقال
- ما هي القوة المغناطيسية؟
- حساب القوة المغناطيسية
- القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الحامل للتيار الكهربائي
- ما الفرق بين القوة المغناطيسية والمجال المغناطيسي؟
- القوة المغناطيسية المؤثرة على شحنة كهربائية متحركة
- مثال على القوة المغناطيسية
ما هي القوة المغناطيسية؟
القوة المغناطيسية تنتج نتيجة القوة الكهرومغناطيسية، وهي إحدى القوى الأساسية الأربعة للطبيعة، وتنتج عن حركة الشحنات، عندما يتحرك جسمان يحتويان على شحنة لها نفس إتجاه الحركة (الشحنة) يكون لهما قوة جذب مغناطيسية بينهما. وبالمثل، فإنّ الأجسام التي تتحرك و تكون شحناتها في إتجاهات متعاكسة لها قوة تنافر فيما بينها، إذاً القوة المغناطيسية هي القوة التي تنشأ بسبب تفاعل المجالات المغناطيسية.
القوة المغناطيسية: هي التأثير الذي يمارس على أي من الشحنتين بواسطة مجال مغناطيسي تم إنشاؤه بواسطة الأخرى.
حساب القوة المغناطيسية:
إذا وضعنا شحنة نقطية (q) في وجود مجال مغناطيسي معطى بالمقدار (B(r، ومجال كهربائي مقداره (E(r، يمكن كتابة القوة الكلية على الشحنة الكهربائية (q) كمجموع من القوة الكهربائية والقوة المغناطيسية المؤثرة على الجسم:
(Felectric + Fmagnetic )
يعتمد مقدار القوة المغناطيسية على مقدار الشحنة ومقدار الحركة للشحنات ومدى تباعد الشحنات عن بعضها البعض، يمكن كتابة القوة المغناطيسية على النحو التالي:
[(F = q[E(r) + v × B(r
تسمى هذه القوة “بقوة لورنتز”، إنّها مزيج من القوة الكهربائية والمغناطيسية على شحنة نقطية بسبب المجالات الكهرومغناطيسية. يحتوي التفاعل بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي على المميزات التالية:
تعتمد القوة المغناطيسية على شحنة الجسيم وسرعة الجسيم والمجال المغناطيسي الذي يوضع فيه، اتجاه القوة المغناطيسية هو عكس إتجاه الشحنة الموجبة.
يتم حساب مقدار القوة من خلال حاصل الضرب الإتجاهي للسرعة والمجال المغناطيسي. وبالتالي تكون القوة الناتجة عمودية على إتجاه السرعة والمجال المغناطيسي، ويتم تحديد إتجاه المجال المغناطيسي بواسطة قاعدة إبهام اليد اليمنى. في حالة الشحنات الساكنة، تكون القوة المغناطيسية الإجمالية صفراً.
القوة المغناطيسية المؤثرة على الموصل الحامل للتيار الكهربائي:
القوة الناتجة عن المجال المغناطيسي في قضيب مستقيم يحمل تياراً كهربائياً:
لنعتبر أنّه لدينا قضيب معدني موصل ذا طول موحد (l)، ومساحة المقطع العرضي له (A)، في قضيب التوصيل، دع كثافة عدد الإلكترونات المتنقلة تُعطى بواسطة (n)، يمكن التعبير عن العدد الإجمالي لحاملات الشحنة بواسطة (nAI)، حيث (I) هو التيار الثابت في القضيب، يُفترض أن تُعطى سرعة تدفق التيار الكهربائي على أنّها (vd)، عندما يتم وضع قضيب التوصيل في مجال مغناطيسي خارجي (B)، يمكن إعطاء القوة المطبقة على الشحنات المتنقلة أو الإلكترونات على النحو التالي:
F = (nAI) q v d × B
حيث (q) هي مقدار الشحنة الكهربائية. نظراً لأنّ (nqvd) هي أيضاً كثافة التيار(j) و(A×|nqvd|) هو التيار الذي يمر عبر الموصل، نستنتج أنّ:
F = [(nqevd) AI] × B = [jAI] × B = Il × B
حيث (I) هي متجه المقدار الذي يساوي طول قضيب التوصيل.
ما الفرق بين القوة المغناطيسية والمجال المغناطيسي؟
القوة المغناطيسية:
يمكن تعريف القوة المغناطيسية على أنّها القوة الجاذبة أو الطاردة التي تمارس بين أقطاب المغناطيس والجسيمات المتحركة المشحونة كهربائياً، ومن ثم فهي نتيجة للقوى الكهرومغناطيسية، يمكن النظر في التفاعل بين شحنتين على مرحلتين، الشحنة (Q) أساس المجال الكهربائي، ينتج عنه مجال كهربائي (E)، حيث:
vE = Q r / (4πε0 ) r2
حيث (r) هو القيمة المتجهة للطول (r)، والمجال (E) هو القيمة المتجهة للمجال، والشحنة (q) تتفاعل مع هذا المجال بوجود القوة (F) المعطاة بواسطة:
F = qE = q Q r / ( 4 π ε0 ) r 2
المجال المغناطيسي:
المجال المغناطيسي: هو المساحة المحيطة بالمغناطيس أو الموصل الحامل للتيار والتي يمكن ملاحظة التأثيرات المغناطيسية حولها، علاوة على ذلك، إنّها كمية متجهة ووحدة (SI) الخاصة بها هي “(Tesla (T” أو (Wbm-2).
القوة المغناطيسية المؤثرة على شحنة كهربائية متحركة:
القوة المغناطيسية المؤثرة على جسيم مشحون (q) يتحرك في مجال مغناطيسي (B) بسرعة (v) “عند الزاوية θ إلى (B)” تساوي:
(F = qvBsin(θ
مقدار القوة المغناطيسية تعتمد على حقيقة أنّ كل المغناطيسية تعتمد على التيار، وتدفق الشحنة، تمارس المجالات المغناطيسية قوى على الشحنات المتحركة، وبالتالي فهي تمارس قوى على مغناطيسات أخرى، وكلها لها شحنات متحركة. القوة المغناطيسية المؤثرة على الشحنة المتحركة هي واحدة من أكثر القوى المعروفة الأساسية، القوة المغناطيسية لا تقل أهمية عن القوة الكهروستاتيكية أو قوة كولوم. ومع ذلك، فإنّ القوة المغناطيسية أكثر تعقيداً، من حيث عدد العوامل التي تؤثر عليها وفي إتجاهها من قوة كولوم البسيطة نسبياً.
كما ذكرنا سابقاً أنّ مقدار القوة المغناطيسية (F)، المؤثرة على شحنة (q)، تتحرك بسرعة (v)، في مجال مغناطيسي (B):
(F = qvBsin(θ
حيث (θ) هي الزاوية بين إتجاهات (v) و(B)، تستخدم هذه الصيغة لتحديد القوة المغناطيسية (B) بدلالة القوة المؤثرة على جسيم مشحون يتحرك في مجال مغناطيسي. وهناك وحدة أصغر من “تسلا”، تسمى “(gauss (G”، حيث (1G = 10−4 T)، تستخدم أحياناً، أقوى مغناطيس دائم له حقول قريبة من (2T)، قد تصل المغناطيسات الكهربائية فائقة التوصيل إلى (10T) أو أكثر، يبلغ المجال المغناطيسي للأرض على سطحها حوالي (5×10−5 T) أو (0.5G).
اتجاه القوة المغناطيسية:
اتجاه القوة المغناطيسية (F) عمودي على المستوى المتكون من (v) و(B)، على النحو الذي تحدده قاعدة اليد اليمنى، تنص على أنّه لتحديد اتجاه القوة المغناطيسية على شحنة موجبة تتحرك، فإنّك توجه إبهام اليد اليمنى في اتجاه (v)، الأصابع في اتجاه (B) وعمودي على راحة اليد يشير في اتجاه (F). إحدى الطرق لتذكر ذلك هي أنّ هناك سرعة واحدة، وبالتالي يمثلها الإبهام، هناك العديد من خطوط المجال، وبالتالي تمثلهم الأصابع، القوة في الاتجاه الذي تدفعه براحة يدك، القوة المؤثرة على الشحنة السالبة في الاتجاه المعاكس تماماً للشحنة الموجبة.
مثال على القوة المغناطيسية:
تظهر أدناه القوة الكهرومغناطيسية للتيار المستحث (الإلكترونات المتحركة) باستخدام مجموعتين (Q) من الجسيمات مفصولة على مسافة (r)، وخصائص كتلة الإلكترون ونصف قطره (me) و(re)، هذه هي القوة المغناطيسية لإلكترون يتحرك بسرعة (v)، إنّها القوة الكهربائية مع (v2) لتحل محل (c2) لأنّها طاقة حركية للإلكترون المتحرك:
